RU2073099C1 - Двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Использование: в машиностроении, в частности в устройствах двигателей внутреннего сгорания со средствами распределения топливного заряда в цилиндрах слоями. Сущность изобретения: для повышения топливной экономичности и снижения выбросов токсичных веществ с отработанными газами двигатель содержит форсунку, установленную в стенке цилиндра с продувочными окнами, при этом ее ось пересекает поверхность головки цилиндров в зоне кромки камеры сгорания. Последняя выполнена в виде канала, соединяющего надпоршневые полости двух смежных цилиндров и смещена в сторону цилиндра, в стенке которого установлена форсунка. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, преимущественно к двигателям со средствами распределения топливного заряда в цилиндрах слоями.

Известны двигатели внутреннего сгорания, описанные в авт.свид. СССР N 80455, 46a² 109, 1947, N 128231, 46a²109, 1960; в заявках: ФРГ N 2450240, Г О2 В 33/06, 1976, Франции N 2416344, Г О2 В 41/02, 1979, в которых рабочий процесс осуществляется в двух смежных цилиндрах и которые содержат цилиндр, головку цилиндров с общей камерой сгорания, свечу зажигания, установленную в камере сгорания, поршни, перемещающиеся одновременно в одном направлении.

Недостатком описанных двигателей является неглубокое расслоение заряда топливовоздушной смеси в камере сгорания, обусловленное внешним смесеобразованием, ограничивающим пределы обеднения топливовоздушной смеси значениями коэффициента избытка воздуха 1,5-2.

Известны также двигатели внутреннего сгорания, описанные в патентах: Великобритании N 2215398, F 02 B 25/20, 1989, ГДР N 228585 Г О2 В 17/00, 1985, которые содержат цилиндр с выполненными в нем выпускными и продувочными окнами, головку цилиндра с выполненной в ней камерой сгорания, свечу зажигания, форсунку, установленную в стенке цилиндра.

Недостатком описанных двигателей является неглубокое расслоение топливовоздушной смеси в камере сгорания, обусловленное впрыскиванием топлива в камеру сгорания, что ограничивает на режимах пониженных нагрузок пределы обеднения топливовоздушной смеси.

Перечисленные выше недостатки снижают экономичность, увеличивают выбросы токсичных веществ с отработавшими газами.

За прототип принят двухтактный двигатель внутреннего сгорания, описанный в патенте ГДР N 228585, F 02 B 17/00, 1985.

Двигатель по прототипу содержит цилиндр с выполненными в нем выпускными и продувочными окнами, головку цилиндра, камеру сгорания, выполненную в головке цилиндра, свечу зажигания, установленную в камере сгорания, форсунку, установленную в стенке цилиндра.

Недостатком прототипа является неглубокое расслоение топливовоздушной смеси в камере сгорания, обусловленное впрыскиванием большей части топлива на такте сжатия непосредственно в камеру сгорания, что ограничивает расслоение заряда на режимах частичных нагрузок до значений коэффициента избытка воздуха α 1,5-2, в связи с чем ухудшается топливная экономичность и повышаются выбросы токсичных веществ с отработавшими газами.

Целью предлагаемого изобретения является повышение топливной экономичности и снижение выбросов токсичных веществ с отработавшими газами на частичных режимах путем глубокого расслоения заряда.

Технической задачей изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания с глубоким расслоением заряда на частичных режимах за счет направленного впрыска части топливовоздушной смеси на поверхность головки цилиндра, а части в камеру сгорания.

Поставленная задача решается следующим образом:
двигатель внутреннего сгорания содержит четное число цилиндров, в которых выполнены выпускные и продувочные окна, головку цилиндров с камерой сгорания, в которой установлена свеча зажигания, форсунку установленную в стенке одного из цилиндров;
согласно изобретению, форсунка установлена в стенке цилиндра с продувочными окнами так, что ее ось пересекает поверхность головки цилиндров в зоне кромки камеры сгорания, причем последняя выполнена в виде канала, соединяющего надпоршневые полости двух смежных цилиндров и смещена в сторону цилиндра, в стенке которого установлена форсунка, площадь поперечного сечения камеры сгорания составляет 0,8-1,2 площади проходного сечения выпускных окон, свеча зажигания установлена в той части камеры сгорания, которая примыкает к цилиндру, в стенке которого установлена форсунка.

Преимущество заявляемого изобретения заключается в том, что благодаря предложенному направлению оси форсунки, установленной в стенке цилиндра (ось пересекает поверхность головки цилиндров в зоне кромки камеры сгорания), часть топлива попадает в камеру сгорания, а часть растекается по поверхности головки цилиндров. Так как во втором цилиндре (с выпускными окнами) находится воздух и продукты сгорания, то при движении поршней к верхней мертвой точке (в. м.т.) эта смесь перетекает в камеру сгорания и отсекает топливо-воздушную смесь к свече зажигания. В первом цилиндре (с продувочными окнами) воздух при сжатии переносит пары топлива, испаряющегося со стенки днища головки цилиндра, в камеру сгорания в направлении свечи зажигания. Таким образом, создается глубокое расслоение заряда. К концу такта сжатия в обоих цилиндрах находится смесь воздуха и продуктов сгорания, а в камере сгорания у свечи зажигания образуется зона с повышенной концентрацией топлива, что обеспечивает на частичных режимах стабильное воспламенение при суммарных значениях коэффициента избытка воздуха больше 2.

Смещение камеры сгорания в сторону цилиндра, в котором установлена форсунка, позволяет на режимах повышенных нагрузок для сохранения необходимой мощности ограничить глубину расслоения заряда значениями a 1-1,3.

Поскольку камера сгорания является соединительным каналом между цилиндрами, что предопределяет качество продувки цилиндров и удаление продуктов сгорания из цилиндров, площадь поперечного сечения камеры сгорания равна 0,8-1,2 площади проходных сечений выпускных окон.

На чертеже показан общий вид двигателя.

Заявляемый двигатель содержит смежные цилиндры: цилиндр 1 с продувочными окнами 2 и цилиндр 3 с выпускными окнами 4, форсунку 5, установленную в стенке цилиндра 1 таким образом, что ее ось (а-а) пересекает поверхность головки цилиндра 6 в зоне кромки камеры сгорания 7, которая выполнена в виде канала, соединяющего надпоршневые полости цилиндра 1 и 3, и смещена в сторону цилиндра 1, причем площадь поперечного сечения камеры сгорания 7 составляет 0,6-1,2 площади проходного сечения выпускных окон 4, свечу зажигания 8, установленную в той части камеры сгорания 7, которая примыкает к цилиндру 1, поршни 9 и 10.

Двигатель работает следующим образом. При движении поршней 9 и 10 к в.м. т. на такте сжатия и повышения давления топлива перед форсункой 5 до 1-5 МПа (в зависимости от начальной затяжки пружины клапана форсунки) открывается клапан форсунки 5 и осуществляется впрыск топлива в цилиндр 1. Ось факела (а-а) топлива, поступающего в цилиндр 1, совпадает с осью форсунки 5 и пересекает поверхность головки цилиндров 6 в зоне кромки камеры сгорания 7. При этом часть топлива попадает на стенки камеры сгорания 7, часть на поверхность головки цилиндров, а часть топлива смешивается с воздухом. Воздух из цилиндра под воздействием поршня 9 перетекает в камеру сгорания 7, увлекая за собой пары топлива со стороны поверхности пленки топлива на стенке камеры сгорания 7, образуя в последней со стороны цилиндра 1 и свечи зажигания 8 богатую топливовоздушную смесь. Образованию богатой топливовоздушной смеси у свечи зажигания 8 способствует и воздух, поступающий в камеру сгорания 7 из надпоршневой полости цилиндра 3. Наличие богатой топливовоздушной смеси у свечи зажигания 8 обеспечивает стабильность на режимах частичных нагрузок и холостого хода. Глубокое расслоение заряда осуществляется как за счет направленного впрыска части топлива на поверхность головки цилиндров, так и за счет механической подачи воздуха в камеру сгорания 7 из цилиндра 3. При положении поршней 9-10 у в.м.т. топливо воспламеняется свечой зажигания 8. Продукты сгорания расширяются в цилиндрах 1 и 3. С приближением поршней 9 и 10 к н. м.т. поршень 10 открывает выпускные окна 4, а затем поршень 9 - продувочные окна 2. Удаление продуктов сгорания из цилиндра 1 и продувка воздухом цилиндра 3 осуществляется через камеру сгорания 7, соединяющую надпоршневые полости цилиндров 1 и 3. Увеличенная площадь поперечного сечения камеры сгорания 7 до значения 0,8-1,2 площади проходного сечения выпускных окон 4 снижает гидравлические потери при перетекании газа и воздуха через камеру сгорания 7, обеспечивает качественную продувку цилиндров.

Глубокое расслоение заряда в камере сгорания 7 обеспечивает возможность работы двигателя на режимах пониженных нагрузок и холостого хода при значениях коэффициента избытка воздуха выше 2, интенсивная турбулизация заряда в камере сгорания в конце такта сжатия и начале такта расширения при столь значительном избытке воздуха обеспечивает полноту сгорания, повышение экономичности на 10-20% и снижение выбросов токсичных веществ с отработавшими газами на 30-50% Смещение камеры сгорания в сторону цилиндра, в стенке которого установлена форсунка, впрыск части топлива непосредственно в камеру сгорания ограничивает расслоение заряда при повышенных цикловых подачах, потерю мощности двигателя.

Claims (3)

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий четное число цилиндров, в которых выполнены выпускные и продувочные окна, головку цилиндров с камерой сгорания, в которой установлена свеча зажигания, форсунку, установленную в стенке одного из цилиндров, отличающийся тем, что форсунка установлена в стенке цилиндра с продувочными окнами, при этом ее ось пересекает поверхность головки цилиндров в зоне кромки камеры сгорания, причем последняя выполнена в виде канала, соединяющего надпоршневые полости двух смежных цилиндров и смещена в сторону цилиндра, в стенке которого установлена форсунка.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения камеры сгорания составляет 0,8-1,2 площади проходного сечения выпускных окон.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что свеча зажигания установлена в той части камеры сгорания, которая примыкает к цилиндру, в стенке которого установлена форсунка.